工程材料之黑色金属及其选用培训课件

工程材料海洋科学与技术学院贾非DalianUniversityofTechnology第7章

黑色金属及其选用*工程材料海洋科学与技术学院贾非DalianUniv

主要内容压力容器用钢

工况分析及对材料性能的要求

压力容器用钢

高温及低温构件用钢

高温用钢、低温用钢耐腐蚀构件用钢

腐蚀的工况特点、合金元素的影响

杂质的影响、耐蚀钢材零部件用钢

回转件用钢、支撑件用钢有色金属及其合金压力管道工况分析

管道用钢及铸铁*主要内容压力容器用钢*3过程装备品种繁多，如换热、传质、化学反应设备及各种储罐等。压力容器用钢3过程装备品种繁多，如换热、传质、化学反应设备及各种储罐4过程装备使用（化工生产）的特点：1）生产的连续性强2）生产的条件苛刻

3）介质的腐蚀性强

4）介质大多易燃易爆有毒性

5）温度和压力变化大

6）安全至关重要压力容器用钢4过程装备使用（化工生产）的特点：压力容器用钢5过程装备的基本要求安全可靠性要求

化工设备必须具有足够的强度和刚度，良好的韧性、耐腐蚀性和可靠的密封性。工艺条件要求

工艺性能要求包括：反应设备的反应速度、换热设备的传热量、塔设备的传质效率、储存设备的储存量等。经济合理性要求

在满足工艺要求和安全可靠运行的前提下，要尽量做到适用和经济合理。便于操作和维护环境保护要求压力容器用钢5过程装备的基本要求安全可靠性要求压力容器用钢6过程装备设备的特点功能原理多样化外壳多为压力容器化工—机械—电气一体化设备结构大型化压力容器用钢6过程装备设备的特点功能原理多样化压力容器用钢7压力容器须满足三个条件：所承受的压力超过0.1MP。容器直径大于0.15米且容积大于0.025立方米。所盛装的介质为气体、液化气体或最高工作温度超过其沸点的液体。压力容器用钢7压力容器须满足三个条件：压力容器用钢8基本承压部件1.筒体2.封头3.密封装置(法兰、密封元件、坚固件）4.开孔(人/手孔)5.接管6.支座附件7.安全附件（安全阀、爆破片）8.测量与控制仪表压力容器的结构8基本承压部件压力容器的结构9压力容器的分类1、按设计压力分类低压容器0.1MPa≤p＜1.6MPa。中压容器1.6MPa≤p＜10.0MPa。高压容器10.0MPa≤p＜100MPa。超高压容器p≥100MPa。压力容器用钢9压力容器的分类1、按设计压力分类压力容器用钢10压力容器的分类10压力容器的分类113、按工作温度分类低温容器

设计温度≤-20℃。常温容器

设计温度≤-20～200℃。中温容器

设计温度≤200～450℃。高温容器

设计温度＞450℃压力容器的分类113、按工作温度分类压力容器的分类124、按壁厚分类薄壁容器K=D0/Di≤1.2厚壁容器K=D0/Di

＞1.2压力容器的分类124、按壁厚分类压力容器的分类135、按《压力容器安全技术监察规程》分类压力容器的分类135、按《压力容器安全技术监察规程》分类压力容器的分类14压力容器的分类14压力容器的分类15力学性能因素引起的压力容器失效：1）韧性断裂

内部压力超载，均匀腐蚀、高温氧化、磨损等造成壁厚减薄。2）脆性断裂

氢脆、碱脆、σ相脆化、碳化物析出脆化、低温脆化、辐照脆化等。

3）疲劳脆断强

流体产生振动、周期性温度变化，多为低周高应力疲劳。压力容器用钢15力学性能因素引起的压力容器失效：压力容器用钢16压力容器对材料性能的要求：1）压力容器大都为低碳钢2）良好的冶金质量

3）优良的综合力学性能

强度、塑性和韧性合理配合；屈强比大于0.7时在设计制造中予以重视，大于0.8~0.85时特殊对待。4）良好的材料组织和组织稳定性

5）良好的加工工艺性能和焊接性能压力容器用钢16压力容器对材料性能的要求：压力容器用钢17压力容器用钢

制造压力容器用钢主要有碳素钢、低合金高强钢、低温钢，中温抗氢钢、不锈钢、耐热钢，复合钢板；受压元件用钢材品种有钢板、钢管、锻钢、棒钢、铸钢等。低碳钢用于低压薄壁容器，有一定的强度、良好的塑性、韧性和加工工艺性，焊接性能良好。Q235-A·F、Q235-A，提供拉伸试验的σb、σs和δ值；Q235-B做常温冲击试验；Q235-C做0℃冲击试验。20R

容器专用优质碳素钢钢板，对冲击韧性有较严格的要求压力容器用钢17压力容器用钢压力容器用钢18碳钢的品种及规格

品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢（1）钢板（压力容器用热扎厚钢板）

4mm～6mm厚度间隔为0.5mm

6mm～30mm厚度间隔为lmm

30mm～60mm厚度间隔为2mm

碳素钢板材有Q235-A、Q235-A·F、08、10、15、20等。压力容器用钢18碳钢的品种及规格压力容器用钢19压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表钢板牌号使用温度℃设计压力MPa壳体钢板厚度mm

其它限制Q235-B

0~350≤1.6≤20不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器Q235-C

0~400≤2.5≤30压力容器用钢19压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表钢板使用温度℃设计20（2）钢管

无缝钢管和有缝钢管。

无缝钢管有冷轧和热轧。普通无缝钢管常用材料有10、15、20等；有专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。

有缝管分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。（3）型钢

有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字钢和槽钢。

圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；扁钢常用作各种桨叶；工字钢、槽钢、角钢广泛用于工业建筑和金属结构。压力容器用钢20（2）钢管压力容器用钢21（4）铸钢和锻钢

铸钢用ZG表示，ZG25、ZG35等，用于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。

锻钢有08、10、15、…、50等牌号，压力容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。压力容器用钢21（4）铸钢和锻钢压力容器用钢22低合金高强度钢

钢板为16MnR、15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR及16MnDR等低温用低合金钢。钢管为16Mn、15MnV。常见的有：16MnR、15MnVR。钢板牌号使用温度℃壳体钢板厚度mm说明20R-20~4756~100严于碳素结构钢16MnR-20~4756~120加入适量Mn元素强度显著提高压力容器用钢22低合金高强度钢钢板使用温度℃壳体钢板厚度mm说明22316MnR屈服强度350MPa的低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。中国压力容器专用钢板中使用量最大的一个钢号，用于-20~475℃的中低压压力容器壳体及承压构件、液化石油气瓶及中小型球罐。缺口敏感性比低碳钢大、疲劳强度低、焊接时易产生裂纹。低合金钢强度钢2316MnR低合金钢强度钢2416MnR，Mn的作用：溶于铁素体产生较强的固溶强化作用；降低奥氏体分解温度，细化铁素体晶粒，使珠光体量增加、晶片变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，提高强度和韧性；降低韧脆转变温度，使钢具有较好的低温韧性。含量超过1.5%，因贝氏体的出现，使钢的塑性、韧性下降，焊接性能变坏，容易产生裂纹。低合金钢强度钢2416MnR，Mn的作用：低合金钢强度钢2515MnNbR屈服强度370MPa，显微组织为铁素体+珠光体。强度、韧性高于16MnR，焊接性能和抗硫化氢性能与其相似。主要取代进口钢板，用于液化石油气大型储罐，可明显降低钢板厚度、加工费用，保证加工质量。低合金钢强度钢2515MnNbR低合金钢强度钢2615MnVR、18MnMoNbR屈服强度分别为390MPa、440MPa，强度较高，但塑性、韧性都较C-Mn钢低，且有较高的缺口敏感性和时效敏感性。15MnVR主要用于制造承受较高压力的大型储罐、高压容器内筒及层板、锅炉汽包等。18MnMoNbR用于制造高压容器承压壳体，如氨合成塔和尿素合成塔等。这两种钢板大量使用后，发现焊接接头有裂纹，目前已较少使用制造新设备。低合金钢强度钢2615MnVR、18MnMoNbR低合金钢强度钢2713MnNiMoNbR目前国内单层卷焊厚壁压力容器的一个综合力学性能较理想的钢号。利用固溶强化提高钢材的热强性，400℃屈服强度仍可达300MPa；加入Nb元素并控制轧制，呈现微合金化组织；S、P含量尽量降低，≤0.025%。钢板的韧性、塑性高，低温下也有高的冲击吸收功。低合金钢强度钢2713MnNiMoNbR低合金钢强度钢2807MnCrMoVR

用于高参数球形容器的一个力学性能和焊接性能均相当理想的钢号，高强度、高韧性、优良焊接性能。推荐使用温度-20~350℃。低的焊接裂纹敏感性，控制碳当量≤0.42%，焊接冷裂纹敏感性组成≤0.2%，厚度≤50mm厚板可以不预热或稍加预热。已建造公称容积50~2000m3的氧气、氮气、氢气、液化石油气、乙烯、丙烯等常温及低温球罐40余台。成为我国建造大型球罐的主要钢种。低合金钢强度钢2807MnCrMoVR低合金钢强度钢2907MnCrMoVR

含碳量低（≤0.09%），高强度（σs≥490MPa，σb为610~740MPa）。采用最佳的微合金化处理，添加Ni、Cr、Mo、V、B等；合理的调质热处理工艺，形成高密度位错的强韧化组织结构；先进的脱硫设备和真空处理手段，降低S、P含量、提高洁净度。低合金钢强度钢2907MnCrMoVR低合金钢强度钢30压力容器用钢30压力容器用钢31高温用钢“高温”常指高于450℃的工作温度；“耐热”指材料在高温下有热稳定性和热强性。碳钢使用温度一般在450℃以下，高于450℃推荐使用耐热钢，高于800℃常用其他高温材料。在高温工作条件下用钢的特点：

产生蠕变现象

力学性能随温度及载荷持续时间而变化

组织结构常会发生转变高温及低温构件用钢31高温用钢高温及低温构件用钢32蠕变曲线高温用钢理想的材料，蠕变曲线具有很小的起始蠕变和低的蠕变速率，明显的加速阶段。32蠕变曲线高温用钢理想的材料，蠕变曲线具有很小的起始蠕变33蠕变机制高温用钢温度较高时原子的活动能力提高，使得位错滑移更为容易，低于屈服极限的应力造成材料塑性变形，加工硬化亦随之产生，材料开始强化，变形抗力加大。变形速率随时间而下降；加工硬化和回复、再结晶同时进行，变形速率基本保持恒定。大的塑性变形在晶界形成微孔和裂纹，试件开始产生缩颈，塑性变形速率加快，最后导致试件断裂。33蠕变机制高温用钢温度较高时原子的活动能力提高，使得位错34蠕变导致的失效高温用钢过量变形失效梁的弯曲，杆件、容器壳体的失稳，汽缸蠕胀而泄露等，可用蠕变抗力指标作为判据。蠕变断裂

构件发生断裂或容器发生破裂，用蠕变断裂指标作为判据。应力松弛

总变形不变，应力随时间逐渐降低的现象。紧固件，如压紧螺栓、铆钉等。在金属构件总形变恒定的条件下，由于弹性形变不断转变为塑性形变，从而使应力不断减小。34蠕变导致的失效高温用钢过量变形失效梁的弯曲，杆件、35高温组织结构变化高温用钢石墨化钢材在高温作用下渗碳体自行分解的一种现象，也称析墨现象。石墨使材料脆化、强度与塑性降低，颗粒聚集成链状，会导致材料断裂。球化低合金珠光体耐热钢在高温长期作用下，珠光体组织中片状渗碳体铸件转变为球状渗碳体，并逐渐聚集长大。降低钢材强度尤其是高温强度；中等球化使低碳钢和低碳钼钢常温强度降低10~15%，严重球化降低20~30%，而高温强度会下降到50%。35高温组织结构变化高温用钢石墨化钢材在高温作用下36高温组织结构变化高温用钢合金元素的再分配高温下长时间工作，合金元素在固溶体和碳化物之间重新分配，铬、钼、钒等强化元素的原子由固溶体向碳化物转移。固溶强化作用显著降低，导致耐热钢的高温强度下降。新相的形成碳化物结构类型、数量和分布的变化，趋向形成稳定状态的碳化物。36高温组织结构变化高温用钢合金元素的再分配高温下37高温腐蚀高温用钢高温环境往往是含氧、硫、氢、氮等的高温气体，发生化学反应，损耗金属，大多会在其表面上生成氧化物、硫化物、氮化物等固体表面膜。钢铁表面形成的固态氧化膜结构与性能各不相同，保护性能的好坏取决于氧化物的高温稳定性，氧化膜的完整性、致密性、组织结构和厚度、膜与金属材料的相对热膨胀系数以及氧化膜的生长应力等因素；其中氧化膜的完整性和致密性是至关重要的。37高温腐蚀高温用钢高温环境往往是含氧、硫、氢、氮等的高温38高温用钢的性能要求高温用钢（1）高温用钢力学性能的考虑

38高温用钢的性能要求高温用钢（1）高温用钢力学性能的考虑39高温用钢的性能要求高温用钢

39高温用钢的性能要求高温用钢

40高温用钢的性能要求高温用钢松弛稳定性

指标有多种，最常用的是以金属在一定温度和一定初应力作用下，经规定时间后剩余应力的大小来表示。40高温用钢的性能要求高温用钢松弛稳定性41高温用钢的性能要求高温用钢（2）抗氧化性

硫化、氮化、碳化、卤化等类型的高温腐蚀也是广义的氧化。

金属材料的抗氧化性的评价与其他腐蚀一样，采用失重法、增重法测定，采用腐蚀速度或腐蚀速率表示。钢铁材料的抗氧化性可分为五级。

41高温用钢的性能要求高温用钢（2）抗氧化性硫提高高温强度的途径:①固溶强化；②析出强化；③晶界强化(加入B、Zr等降低晶界能量)高温合金中的‘析出相高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物高温用钢提高高温强度的途径:高温合金中的‘析出相高温合金中的弯曲43高温用钢高温用钢珠光体耐热钢涡轮机机壳钢制法兰常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高热强性(T再);V弥散强化。43高温用钢高温用钢珠光体耐热钢涡轮机机壳钢制法兰常用钢号热处理：正火处理组织:F+P用途：600℃以下的锅炉及管道,压力容器，热交换器，汽轮机转子等。烟管式锅炉锅炉管珠光体耐热钢热处理：用途：600℃以下的锅炉及管道,压力容器，热交换器，马氏体耐热钢常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV、1Cr12WMoV；4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性;Mo提高热强性(T再);V弥散强化。热处理：调质。组织：S回。汽轮机叶片高温用钢马氏体耐热钢汽轮机叶片高温用钢用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机叶片，又称叶片钢；4Cr9Si2主要用于制造使用温度低于750℃的发动机排气阀，又称气阀钢。汽车阀门锅炉安全泄压阀(2Cr13)马氏体耐热钢用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机叶片过热器铁素体耐热钢含13%或17%铬的简单铁素体钢及在其基础上加入Si、Al等合金元素以提高抗氧化性的铁素体耐热钢。抗氧化性强，但高温强度低，焊接性能差，脆性大，多用于受力不大的加热锅炉构件。高温用钢常用钢号有1Cr13Si3、1Cr13SiAl、1Cr18Si2等。过热器铁素体耐热钢高温用钢常用钢号有1Cr13Si3、1C过热器管排过热器集箱奥氏体耐热钢铬镍含量18-8及25-20的简单奥氏体钢及在其基础上加入W、Mo、V、Ti、Nb、Al等元素，强化奥氏体。Cr的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是获得单相奥氏体;Ti的作用是弥散强化。热处理采用固溶处理组织为单相A。

高温用钢过热器管排过热器集箱奥氏体耐热钢高温用钢常用钢号有0Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、2Cr25Ni20等。主要用于制造工作温度在600~850℃的高压锅炉过热器、承压反应管、汽轮机叶片、叶轮、发动机气阀等。

奥氏体耐热钢涡轮机机壳钢制法兰常用钢号有0Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti、0Cr1750高温用钢选材高温用钢制氢装置废热锅炉混合预热二段介质和烟气温度高，选用18-8型奥氏体耐热钢；原料预热二段和混合预热一段温度条件不及混合二段苛刻，选用含Cr、Mo、V等合金元素的低合金耐热钢，如Cr5Mo、12Cr1MoV、15CrMo；原料预热一段、省煤段、混合预热一段、水保护段和蒸发段炉管的实际温度不太高，用一般碳钢或低Cr、Mo含量的珠光体低合金耐热钢，如20R，12CrMo、15CrMo等。50高温用钢选材高温用钢制氢装置废热锅炉混合预热二段51低温用钢一般用于0℃以下温度的材料称为低温材料，金属材料使用低合金钢、镍钢和铬镍奥氏体钢，及钛合金、铝合金等有色金属。生产、储存、运输和使用液化天然气、液化石油气、液氧、液氢、液氮、液氦、液体二氧化碳等液化气体的过程装备及构件，寒冷地区的过程装备及构件。低温下使用的压力容器、管道、设备及其构件脆性断裂时有发生。高温及低温构件用钢51低温用钢高温及低温构件用钢52低温用钢的工况和特点低温用钢低温脆断的特点名义应力较低，低于屈服强度或设计应力，也称低应力脆断；构件低温脆断之前没有明显的塑性变形或只有局部的少量塑性变形，有脆性断口特征；裂纹扩展速度快；原有韧性较低，低温缺口敏感性和韧性更差。52低温用钢的工况和特点低温用钢低温脆断的特点53低温用钢的力学性能要求低温用钢屈强比比值愈接近1，变脆的可能性愈大低温冲击韧性及韧脆转变温度影响低温韧性的因素晶体结构化学成分形成铁素体的元素会降低韧性，影响明显的元素有碳、锰、镍、硅、铝和微量有害元素。晶粒尺寸热处理与显微组织缺口效应和应力集中其他影响因素钢板厚度、加工硬化、焊接缺陷及残余应力、加载速度、温度变化、介质化学作用。53低温用钢的力学性能要求低温用钢屈强比比值愈接近1，54低合金低温用钢低温用钢以Mn作为主加元素，改善钢的低温韧性16Mn常用普通低合金钢，-40℃使用的钢板16MnDR硫、磷等杂质含量比16MnR低09Mn2V正火组织是细小的铁素体和少量珠光体，塑性良好，结构工艺性与低碳钢相近。-70℃低温下使用的钢板09Mn2VDR，钢管及锻钢09Mn2VD有良好的低温韧性。54低合金低温用钢低温用钢以Mn作为主加元素，改善钢的低温55镍钢低温用钢低温用镍钢中镍的含量常有2.25%、3.5%和9.0%。2.25%Ni-60℃时使用的最经济的镍钢，正火组织是珠光体+铁素体组织，珠光体数量有所增加，晶粒较细。3.5%Ni-100℃时使用的标准钢种，常作低温热交换器的钢管，正火后进行高温回火，消除内应力。9.0%Ni-200℃低温下使用，正火组织是马氏体+贝氏体，回火过程中有奥氏体出现。奥氏体碳含量高，低温下稳定而不易发生相变。55镍钢低温用钢低温用镍钢中镍的含量常有2.25%、3.556高锰奥氏体钢低温用钢降低高锰钢中的碳含量；增加锰的含量和加入其他奥氏体形成元素（如铝、氮、铜等），保证获得奥氏体并使奥氏体在低温下稳定；加入强化元素使奥氏体固溶强化，并使晶粒细化。用得较多的是20Mn23Al和15Mn26Al4，分别在-196℃和-253℃下使用，加工工艺性与18-8型奥氏体不锈钢相似。56高锰奥氏体钢低温用钢降低高锰钢中的碳含量；增加锰的含量57铬镍奥氏体不锈钢低温用钢在-200℃以下使用的低温用钢，常用的有0Cr18Ni9、1Cr18Ni9。奥氏体不锈钢在低温下长期使用，会发生奥氏体向马氏体的转变，使塑性和韧性有所降低。但有资料表明，即使出现大量的相变，钢的塑性和韧性仍能保持较高的水平。奥氏体不锈钢还具有在液氢温度（-253℃）下阻止应力应力集中部位破裂的特性，在深冷条件下被广泛采用。57铬镍奥氏体不锈钢低温用钢在-200℃以下使用的低温用钢腐蚀的工况特点过程装备往往在腐蚀性介质中工作，因为腐蚀或者腐蚀和其他力学性能、结构等因素共同作用引起失效。化工生产中的腐蚀危害居行业之首腐蚀的经济损失最大最易发生突发的恶性事故造成的环境污染最严重阻碍新工艺新技术实现的概率最大消耗人类的资源最多耐腐蚀构件用钢腐蚀的工况特点耐腐蚀构件用钢合金元素对金属耐蚀性的影响Cr：是提高耐蚀性的主要元素，是热力学上不稳定，但易钝化的金属。钝化环境（氧化性适中）有效。①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织。③提高基体电极电位(n/8规律)Ni：电极电位较铁正、钝化。和Cr同时加入，扩大奥氏体相区，加工性和焊接性能好。耐腐蚀构件用钢合金元素对金属耐蚀性的影响耐腐蚀构件用钢Mo：钝化、增加合金抗还原性介质、氯离子腐蚀及耐点蚀能力。Fe-Cr-Ni合金，足够的Cr含量及同时加入Mo，改善耐点蚀性能。Si：添加到不锈钢、低合金钢、铸钢等合金中，提高耐蚀性，耐氯化物应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐热浓硝酸腐蚀、抗氧化、耐海水腐蚀等。Si和Mo同时加入到Cr-Ni不锈钢中，提高抗应力腐蚀及点蚀性能。大气及在海水飞溅带的耐蚀性。合金元素对金属耐蚀性的影响Mo：钝化、增加合金抗还原性介质、氯离子腐蚀及耐点蚀能力。Cu：含0.1~0.2%Cu的碳钢产生良好的耐大气腐蚀的性能。添加Cu的不锈钢具有良好的耐硫酸腐蚀性能。提高不锈钢在海水中的缝隙腐蚀。Ti和Nb：提高不锈钢抗晶间腐蚀。N：提高奥氏体不锈钢在氯化物环境中耐点蚀和缝隙腐蚀性能。以钢中存在Cr、Mo为前提。双相不锈钢中有利于两相控制。在酸中一般耐蚀性提高。合金元素对金属耐蚀性的影响Cu：含0.1~0.2%Cu的碳钢产生良好的耐大气腐蚀的性能杂质对钢铁耐蚀性的影响C：碳高，则降低耐蚀性。马氏体不锈钢中＜0.2%，沉淀硬化不锈钢中＜0.1%，马氏体时效钢中＜0.03%，才能保持耐蚀性。增加奥氏体不锈钢的点蚀倾向，铁素体不锈钢的晶间腐蚀和晶间应力腐蚀敏感性。低碳、超低碳以及超纯不锈钢，碳质量降至＜0.03%或0.02%，C+N的质量分数降至＜0.015%。耐腐蚀构件用钢杂质对钢铁耐蚀性的影响耐腐蚀构件用钢N使铁素体不锈钢对晶间腐蚀敏感。对点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀也有害P降低奥氏体不锈钢在硝酸中的耐蚀性.对低碳、超低碳不锈钢晶间腐蚀有害。Si0.8~1.0%范围内，降低钢耐硝酸腐蚀性，增加晶间腐蚀敏感性。高Si不锈钢中含量4%~6%。杂质对钢铁耐蚀性的影响N杂质对钢铁耐蚀性的影响S硫化物易溶于酸性氯化物溶液，使钢对点腐蚀、缝隙腐蚀敏感。Mn、S比值低时，耐点蚀Mn硫化锰降低耐蚀性.降低S含量，耐点蚀性能提高。作为合金元素，加3%Mn，对钢的耐蚀性影响不大。杂质对钢铁耐蚀性的影响S杂质对钢铁耐蚀性的影响碳钢的耐蚀性碳钢在强腐蚀介质、大气、海水、土壤中都不耐腐蚀，需采取保护。在室温的碱或碱性溶液中耐蚀。盐酸、硫酸、硝酸中与浓度有关。温度升高、腐蚀加快。化学成分的影响碳、磷、硫；锰、硅。组织的影响珠光体、索氏体、屈氏体、马氏体耐腐蚀构件用钢碳钢的耐蚀性耐腐蚀构件用钢耐蚀低合金钢耐大气腐蚀的低合金钢合金元素的作用主要是改变锈层的晶体结构及降低缺陷，提高锈层的致密度和对钢的附着力。Cu、P、Cr、Ni，在钢表面富集并形成非晶态层。Cu是最有效的元素，阳极钝化学说及表面富集学说。P、Cr一般与其他元素配合，Ni含量较多时有效。稀土元素可以提高低合金钢的耐大气腐蚀性能。碳钢的耐蚀性耐蚀低合金钢碳钢的耐蚀性抗氢、氮、氨腐蚀用低合金钢氢腐蚀与氮脆低合金钢耐氢、氮、氨腐蚀的机理抗氢腐蚀：降低钢的含碳量；加入碳化物形成元素抗氮化：加入氮化物形成元素用钢使用温度在220℃以下，可以不考虑氢腐蚀与氮化问题，用碳素钢或一般的高强度低合金钢。在350℃以下，考虑氢腐蚀，用低铬、钼抗氢钢。350℃以上，同时考虑，用钛、钒、铌及较高铬、钼。耐蚀低合金钢抗氢、氮、氨腐蚀用低合金钢耐蚀低合金钢耐湿H2S开裂用低合金钢硫化氢应力腐蚀，氢脆断裂氢鼓泡、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂、应力导向氢致开裂组织耐开裂性能递减：铁素体+均匀分布细微球状碳化物组织→完全淬火+回火组织→正火+回火组织→正火组织→网状未回火的马氏体组织化学成分中影响最重要的是钢材的纯净度添加铌、钛、钒、铝、硼和稀土元素较为有效，铬、钼同时加入效果较好。耐蚀低合金钢耐湿H2S开裂用低合金钢耐蚀低合金钢耐蚀高合金钢耐腐蚀构件用钢马氏体不锈钢主要是Cr13型不锈钢，碳量超过0.1%，钢号为1Cr13~4Cr13随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降.⑴1Cr13、2Cr13热处理:淬火+高温回火使用状态下的组织:S回不锈钢棒耐蚀高合金钢耐腐蚀构件用钢马氏体不锈钢不锈钢棒1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等.汽轮机叶片透平转轮马氏体不锈钢1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力⑵3Cr13、4Cr13热处理：淬火+低温回火。使用状态下的组织：M回。具有较高强度、硬度。用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。医疗器械不锈钢刀马氏体不锈钢⑵3Cr13、4Cr13医疗器械不锈钢刀马氏体不锈钢1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢典型钢号如0Cr13、1Cr17及含铬为25~30%的钢等。⑴成分：高铬低碳，000Cr18Mo2、000Cr25Mo1⑵无α↔γ相变，不能进行热处理强化。⑶组织：单相铁素体不锈钢1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢⑵无α↔γ钢中σ相⑷性能特点耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：①

475℃脆化：加热到450~550℃停留，产生脆化.

再加热到600℃快冷可消除。②相脆化：

在600~800℃长期加热时，析出硬而脆的相。铁素体不锈钢钢中σ相⑷性能特点再加热到600℃快冷可消除。⑸用途广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。合成氨厂硝酸生产装置铁素体不锈钢制品铁素体不锈钢⑸用途合成氨厂硝酸生产装置铁素体不锈钢制品铁素体不锈钢奥氏体不锈钢主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。⑴性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及

可焊性。高的塑韧性,

无磁性。⑵热处理：采用固溶处理。即加热到1100℃使碳化物溶解后水冷；稳定化处理。组织为单相奥氏体。不锈钢带不锈钢奥氏体不锈钢可焊性。高的塑韧性,不锈钢带不锈钢⑶常用钢种为1Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni13Mo3、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni10Nb等广泛用于化工设备及管道.反应釜(316L)大型化工储罐(304)热交换器(316L)奥氏体不锈钢⑶常用钢种反应釜大型化工储罐(304)热交换器(316L)奥氏体-铁素体双相不锈钢主要是Cr22Ni5MoN，Cr25Ni7MoN。性能特点：具有良好的耐蚀性，含镍量低，强度高，耐点蚀，抗应力腐蚀。铁素体含铬量高；加入钼、氮等元素；铁素体阻止裂纹扩展。不锈钢奥氏体-铁素体双相不锈钢不锈钢耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢耐蚀铸铁添加硅、铬、铝等合金元素，形成保护膜。添加硅、铬、钼、铜、镍等，提高电极电位。改变组织，如获得奥氏体，石墨球化等。高硅铸铁硅含量为14%~16%。在大多数腐蚀介质中均具有优良的耐腐蚀性能。加入2.5%~4.0%的钼能提高在盐酸、氯气中的耐蚀性。耐腐蚀构件用钢耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢耐腐蚀构件用钢其他耐蚀铸铁加入3.5%~6.0%的铝称为铝铸铁。加入14~36%的铬后，称为高铬铸铁。耐腐蚀性好，耐热性和耐磨性也很好。加入12~36%的镍称为高镍铸铁。强度、塑性和韧性明显提高，特别是在碱液中，耐蚀性能很好。耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢其他耐蚀铸铁耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢耐磨铸铁白口铸铁是一种良好的耐磨铸铁，但脆性大。加入Cr、Mo、Co、V、B等，形成珠光体合金白口铸铁，既有高硬度和高耐磨性，又具有一定的韧性。加入Cr、Ni、B等提高淬透性元素，可以形成马氏体合金白口铸铁。铁液注入放有冷铁的金属模成型，灰口铸铁+白口层。减摩铸铁，在软基体上嵌有坚硬的强化相。获得细片状珠光体；屈氏体和马氏体基体；加入Cu、Mo、Mn等强化基体，少量P形成磷共晶，V、Ti等形成碳化物。耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢耐磨铸铁耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢耐热铸铁加热炉炉底板、换热器、废气管道等。铸铁在高温下“氧化”和“生长”。加入Cr、Al、Si等元素形成氧化膜，得到单相铁素体基体。Ni、Mn、Cu，得到单相奥氏体基体。Cr、V、Mo，稳定碳化物。石墨细化和球化。常用中硅球墨铸铁（含硅5~6%），高铝球墨铸铁（含铝21~24%），高铬耐热铸铁（含铬26~30%）。耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢耐热铸铁耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢铸钢形状复杂而承载能力与综合性能要求较高的构件，铸铁难以满足性能要求，锻压及其他压力加工方法难于成形。与铸铁相比：流动性差，凝固过程收缩率较大。ZG200-400、ZG310-570。加入Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V等，制成特殊用途的合金铸钢。耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢铸钢耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢表

几种材料在不同温度和浓度的酸、碱和盐类介质中的耐腐蚀性耐耐沸10＜40＜10355沸任钛300气20干燥气(110)(浓)××××50(20)＜75(96)××铅××××(40)(10)3550(55)(＜27)20(20)＜60(80~100)××铜300气1002010××××××(30)60(80~95)＞95铝100溶液与气体100250饱100≤90××＜40(＜40)(80~100)(＜10)沸(沸)40＜50(60~80)9518-8型不锈钢(70)××20080××120260480≤35≥70100××20(70)70~80(80~100)××碳钢(沸)(25)耐耐100潮湿耐耐(100)(34)30(＜35)＜12050~100≤沸＜70≥40＜40高硅铸铁STSi15R××××(480)(任)××20(70)70~80(80~100)××灰铸铁(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)氨尿素硫化氢硫酸铵氢氧化钠盐酸硫酸硝酸介质材料耐腐蚀构件用钢表几种材料在不同温度和浓度的酸、碱和盐类介质中的耐腐蚀性耐零部件用钢回转件用钢轴类工况：承受扭转、弯曲、拉伸、压缩及复合载荷；对称交变应力下工作；局部有较大应力集中，摩擦磨损。失效形式：疲劳断裂；过度磨损，过量变形。性能要求：高的强度、足够的刚度及良好的韧性；高的疲劳极限；摩擦部位，较高硬度和耐磨性。选材：轻载、低速、不重要的轴，普通碳钢；中等载荷，优质碳素结构钢；大载荷或高精度，合金钢。黑色金属及其选用零部件用钢黑色金属及其选用齿轮类工况：齿根部受弯曲应力；齿面有相互滚动和滑动摩擦的摩擦力；窄小接触处承受很大交变接触压应力；一定冲击载荷。失效形式：磨损，齿面疲劳损伤，塑性变形，断裂。性能要求：高接触疲劳强度，表面硬度和耐磨性；高的抗弯强度，适当心部强度和韧性；良好切削性能。选材：根据传动方式、载荷性质与大小、传动速度和精度要求确定用材及热处理方式。用材有钢材、铸铁、有色金属及工程塑料等。回转件用钢齿轮类回转件用钢齿轮类钢材齿轮钢材制造齿轮的毛坯有型材和锻件，重要件用锻材。轻载、低速或中速、小冲击、精度一般：中碳钢，正火或调质处理；Q275、40、50。中载、中速、一定冲击载荷：中碳钢或中碳低合金钢，正火或调质、高频或中频淬火及低温回火；40Cr。重载、高速或中速，较大冲击载荷：低碳渗碳钢或碳氮共渗钢，20Cr、20CrMnTi。精密传动或加工困难：氮化钢，38CrMoAl。回转件用钢齿轮类回转件用钢齿轮类铸钢齿轮尺寸较大、形状复杂，受一定冲击载荷。ZG270-500，ZG40Cr、ZG36CrMo、ZG42MnSi。正火或退火，耐磨性要求高的进行表面淬火。重载、高速或中速，较大冲击载荷：低碳渗碳钢或碳氮共渗钢，20Cr、20CrMnTi。精密传动或加工困难：氮化钢，38CrMoAl。回转件用钢齿轮类回转件用钢齿轮类铸铁齿轮开式传动齿轮较多应用灰口铸铁制造。石墨起润滑作用，切削性能好，成本低；抗弯强度差，性脆，不耐冲击。轻载、低速、不受冲击，精度低的齿轮。HT200、HT250、HT300。闭式传动齿轮，球墨铸铁代替铸钢。QT600-3、QT150-10、QT100-15。去应力退火或正火、回火处理，表面淬火。回转件用钢齿轮类回转件用钢转子与叶轮螺杆式压缩机、离心式压缩机、罗茨鼓风机、离心通风机、齿轮泵、离心泵等。工况：高速旋转零部件。转子的失效情况与轴相图；叶轮常见疲劳断裂、过载断裂与变形。高温蠕变、应力腐蚀开裂、威振磨损、汽蚀、发生疲劳。性能要求：转子要求淬透性及综合力学性能；叶轮要求高，强韧性、耐腐蚀、耐腐蚀、减振、铸造及焊接性能，尺寸精度。选材：转子用轴类材料；叶轮用型材、锻材、铸材。回转件用钢转子与叶轮回转件用钢支撑件用钢及铸铁紧固件常用的紧固件连接是螺栓连接。工况：螺栓受拉应力，螺纹受切应力。主要是断裂失效；缝隙腐蚀，电偶腐蚀。性能要求：强度高；塑性韧性好，缺口敏感性小；抗松弛稳定性高；脆断倾向小；良好化学稳定性；合理匹配螺栓与螺母材料。零部件用钢支撑件用钢及铸铁零部件用钢轴承滑动轴承和滚动轴承。滑动轴承用材料有巴氏合金、青铜、铝基合金、锌基合金及减摩铸铁。滚动轴承主要用轴承钢。轴承钢，用于制造滚动轴承的滚动体，如滚珠、滚柱、滚针和套圈等。支撑件用钢及铸铁轴承支撑件用钢及铸铁性能要求高而均匀的硬度和耐磨性。高的b和接触疲劳强度。足够的韧性、淬透性和耐蚀性。性能均匀、稳定。工况轴承工作时,受到周期性交变载荷主要，承受接触应力(达3000~3500MPa)、周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦。接触疲劳、过度磨损、腐蚀。圆柱滚子轴承自动调心球轴承轴承钢性能要求工况圆柱滚子轴承自动调心球轴承轴承钢成分特点高碳：0.95~1.10%C合金元素：以Cr为主,加入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性。推力球轴承滚针轴承Cr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。当>1.65%Cr时,会因A’增加而使硬度和稳定性下降。冶金质量要求高。滚动轴承钢成分特点推力球轴承滚针轴承Cr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）热处理和组织特点滚动轴承钢是过共析钢。⑴热处理：

球化退火+淬火+低温回火⑵组织：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)淬火后进行冷处理(-60~-80℃),可以减少A’、稳定尺寸.轴承生产车间滚动轴承钢热处理和组织特点M回+颗粒状碳化物+A’(少量)轴承滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承常用钢号及用途应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承；GSiMnMoV、GMnMoVRe。大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等.向心球轴承滚动轴承钢滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承常用钢号及用途向心球轴承滚弹簧支撑件用钢及铸铁制造弹簧或类似性能零件的钢种。性能要求弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。高的σs，σs/σb；高的σ-1；足够的韧性高的淬透性。弹簧支撑件用钢及铸铁制造弹簧或类似性能零件的钢种。成分特点中高碳：碳素弹簧钢为0.6~0.9%C合金弹簧钢为0.45~0.7%C合金元素作用：①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②

提高s/b：Si③

细化晶粒：V汽车弹簧弹簧丝弹簧钢成分特点汽车弹簧弹簧丝弹簧钢热处理及组织特点冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250~300℃)。用于<φ10mm弹簧。热成型弹簧：

热成型→淬火+中温回火使用状态下的组织：T回用于大截面弹簧(>φ10mm)汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧弹簧钢热处理及组织特点汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧弹簧钢弹簧的表面质量弹簧的表面质量对其寿命影响很大。提高表面质量的方法:①防止表面脱碳；②避免表面缺陷；

③进行喷丸处理，使表面产生压应力。板簧喷丸处理示意图弹簧钢弹簧的表面质量②避免表面缺陷；板簧喷丸处理示意图弹常用钢号及用途Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。Cr、V弹簧钢，如50CrVA，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。大型热卷弹簧汽车板簧弹簧钢常用钢号及用途大型热卷弹簧汽车板簧弹簧钢支座支座承受装备、附件及物料的重量，通过装备传递给支座的各种载荷。失效形式：承受重力载荷引起的压缩应力，外力矩引起的拉伸应力、去应力等，失效往往是受力不均匀引起的过载。性能要求：足够的强度、容易加工、价格便宜等。用材：压力容器的支座一般用普通碳素钢Q235A·F，管材用10号钢，机器支座常用灰铸铁HT200。支撑件用钢及铸铁支座支撑件用钢及铸铁压力管道的工况分析及对材料性能的要求压力管道的工况分析是一种受压元件，大多用以输送易燃、易爆和腐蚀性、有毒的介质。失效：主要是断裂和泄露。性能要求：足够的强度；良好的冷热加工成形性能；适当的耐热、耐腐蚀、耐磨性等。管道用钢及铸铁：铸铁管，HT200；碳素钢，Q215A、Q235A及20钢等；低合金高强钢无缝钢管，16Mn、15MnV、16MnD、09Mn2VD；低合金无缝钢管，10MOWVNb、12CrMo、12Cr1MoV、1Cr5Mo；高合金铬镍奥氏体钢无缝钢管，1Cr18Ni9、00Cr19Ni10等。管道用钢及铸铁压力管道的工况分析及对材料性能的要求管道用钢及铸铁P1351、5、9、15、17、18、20。课后作业7P135课后作业7谢谢！*谢谢！*演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！工程材料海洋科学与技术学院贾非DalianUniversityofTechnology第7章

黑色金属及其选用*工程材料海洋科学与技术学院贾非DalianUniv

主要内容压力容器用钢

工况分析及对材料性能的要求

压力容器用钢

高温及低温构件用钢

高温用钢、低温用钢耐腐蚀构件用钢

腐蚀的工况特点、合金元素的影响

杂质的影响、耐蚀钢材零部件用钢

回转件用钢、支撑件用钢有色金属及其合金压力管道工况分析

管道用钢及铸铁*主要内容压力容器用钢*108过程装备品种繁多，如换热、传质、化学反应设备及各种储罐等。压力容器用钢3过程装备品种繁多，如换热、传质、化学反应设备及各种储罐109过程装备使用（化工生产）的特点：1）生产的连续性强2）生产的条件苛刻

3）介质的腐蚀性强

4）介质大多易燃易爆有毒性

5）温度和压力变化大

6）安全至关重要压力容器用钢4过程装备使用（化工生产）的特点：压力容器用钢110过程装备的基本要求安全可靠性要求

化工设备必须具有足够的强度和刚度，良好的韧性、耐腐蚀性和可靠的密封性。工艺条件要求

工艺性能要求包括：反应设备的反应速度、换热设备的传热量、塔设备的传质效率、储存设备的储存量等。经济合理性要求

在满足工艺要求和安全可靠运行的前提下，要尽量做到适用和经济合理。便于操作和维护环境保护要求压力容器用钢5过程装备的基本要求安全可靠性要求压力容器用钢111过程装备设备的特点功能原理多样化外壳多为压力容器化工—机械—电气一体化设备结构大型化压力容器用钢6过程装备设备的特点功能原理多样化压力容器用钢112压力容器须满足三个条件：所承受的压力超过0.1MP。容器直径大于0.15米且容积大于0.025立方米。所盛装的介质为气体、液化气体或最高工作温度超过其沸点的液体。压力容器用钢7压力容器须满足三个条件：压力容器用钢113基本承压部件1.筒体2.封头3.密封装置(法兰、密封元件、坚固件）4.开孔(人/手孔)5.接管6.支座附件7.安全附件（安全阀、爆破片）8.测量与控制仪表压力容器的结构8基本承压部件压力容器的结构114压力容器的分类1、按设计压力分类低压容器0.1MPa≤p＜1.6MPa。中压容器1.6MPa≤p＜10.0MPa。高压容器10.0MPa≤p＜100MPa。超高压容器p≥100MPa。压力容器用钢9压力容器的分类1、按设计压力分类压力容器用钢115压力容器的分类10压力容器的分类1163、按工作温度分类低温容器

设计温度≤-20℃。常温容器

设计温度≤-20～200℃。中温容器

设计温度≤200～450℃。高温容器

设计温度＞450℃压力容器的分类113、按工作温度分类压力容器的分类1174、按壁厚分类薄壁容器K=D0/Di≤1.2厚壁容器K=D0/Di

＞1.2压力容器的分类124、按壁厚分类压力容器的分类1185、按《压力容器安全技术监察规程》分类压力容器的分类135、按《压力容器安全技术监察规程》分类压力容器的分类119压力容器的分类14压力容器的分类120力学性能因素引起的压力容器失效：1）韧性断裂

内部压力超载，均匀腐蚀、高温氧化、磨损等造成壁厚减薄。2）脆性断裂

氢脆、碱脆、σ相脆化、碳化物析出脆化、低温脆化、辐照脆化等。

3）疲劳脆断强

流体产生振动、周期性温度变化，多为低周高应力疲劳。压力容器用钢15力学性能因素引起的压力容器失效：压力容器用钢121压力容器对材料性能的要求：1）压力容器大都为低碳钢2）良好的冶金质量

3）优良的综合力学性能

强度、塑性和韧性合理配合；屈强比大于0.7时在设计制造中予以重视，大于0.8~0.85时特殊对待。4）良好的材料组织和组织稳定性

5）良好的加工工艺性能和焊接性能压力容器用钢16压力容器对材料性能的要求：压力容器用钢122压力容器用钢

制造压力容器用钢主要有碳素钢、低合金高强钢、低温钢，中温抗氢钢、不锈钢、耐热钢，复合钢板；受压元件用钢材品种有钢板、钢管、锻钢、棒钢、铸钢等。低碳钢用于低压薄壁容器，有一定的强度、良好的塑性、韧性和加工工艺性，焊接性能良好。Q235-A·F、Q235-A，提供拉伸试验的σb、σs和δ值；Q235-B做常温冲击试验；Q235-C做0℃冲击试验。20R

容器专用优质碳素钢钢板，对冲击韧性有较严格的要求压力容器用钢17压力容器用钢压力容器用钢123碳钢的品种及规格

品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢（1）钢板（压力容器用热扎厚钢板）

4mm～6mm厚度间隔为0.5mm

6mm～30mm厚度间隔为lmm

30mm～60mm厚度间隔为2mm

碳素钢板材有Q235-A、Q235-A·F、08、10、15、20等。压力容器用钢18碳钢的品种及规格压力容器用钢124压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表钢板牌号使用温度℃设计压力MPa壳体钢板厚度mm

其它限制Q235-B

0~350≤1.6≤20不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器Q235-C

0~400≤2.5≤30压力容器用钢19压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表钢板使用温度℃设计125（2）钢管

无缝钢管和有缝钢管。

无缝钢管有冷轧和热轧。普通无缝钢管常用材料有10、15、20等；有专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。

有缝管分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。（3）型钢

有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字钢和槽钢。

圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；扁钢常用作各种桨叶；工字钢、槽钢、角钢广泛用于工业建筑和金属结构。压力容器用钢20（2）钢管压力容器用钢126（4）铸钢和锻钢

铸钢用ZG表示，ZG25、ZG35等，用于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。

锻钢有08、10、15、…、50等牌号，压力容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。压力容器用钢21（4）铸钢和锻钢压力容器用钢127低合金高强度钢

钢板为16MnR、15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR及16MnDR等低温用低合金钢。钢管为16Mn、15MnV。常见的有：16MnR、15MnVR。钢板牌号使用温度℃壳体钢板厚度mm说明20R-20~4756~100严于碳素结构钢16MnR-20~4756~120加入适量Mn元素强度显著提高压力容器用钢22低合金高强度钢钢板使用温度℃壳体钢板厚度mm说明212816MnR屈服强度350MPa的低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。中国压力容器专用钢板中使用量最大的一个钢号，用于-20~475℃的中低压压力容器壳体及承压构件、液化石油气瓶及中小型球罐。缺口敏感性比低碳钢大、疲劳强度低、焊接时易产生裂纹。低合金钢强度钢2316MnR低合金钢强度钢12916MnR，Mn的作用：溶于铁素体产生较强的固溶强化作用；降低奥氏体分解温度，细化铁素体晶粒，使珠光体量增加、晶片变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，提高强度和韧性；降低韧脆转变温度，使钢具有较好的低温韧性。含量超过1.5%，因贝氏体的出现，使钢的塑性、韧性下降，焊接性能变坏，容易产生裂纹。低合金钢强度钢2416MnR，Mn的作用：低合金钢强度钢13015MnNbR屈服强度370MPa，显微组织为铁素体+珠光体。强度、韧性高于16MnR，焊接性能和抗硫化氢性能与其相似。主要取代进口钢板，用于液化石油气大型储罐，可明显降低钢板厚度、加工费用，保证加工质量。低合金钢强度钢2515MnNbR低合金钢强度钢13115MnVR、18MnMoNbR屈服强度分别为390MPa、440MPa，强度较高，但塑性、韧性都较C-Mn钢低，且有较高的缺口敏感性和时效敏感性。15MnVR主要用于制造承受较高压力的大型储罐、高压容器内筒及层板、锅炉汽包等。18MnMoNbR用于制造高压容器承压壳体，如氨合成塔和尿素合成塔等。这两种钢板大量使用后，发现焊接接头有裂纹，目前已较少使用制造新设备。低合金钢强度钢2615MnVR、18MnMoNbR低合金钢强度钢13213MnNiMoNbR目前国内单层卷焊厚壁压力容器的一个综合力学性能较理想的钢号。利用固溶强化提高钢材的热强性，400℃屈服强度仍可达300MPa；加入Nb元素并控制轧制，呈现微合金化组织；S、P含量尽量降低，≤0.025%。钢板的韧性、塑性高，低温下也有高的冲击吸收功。低合金钢强度钢2713MnNiMoNbR低合金钢强度钢13307MnCrMoVR

用于高参数球形容器的一个力学性能和焊接性能均相当理想的钢号，高强度、高韧性、优良焊接性能。推荐使用温度-20~350℃。低的焊接裂纹敏感性，控制碳当量≤0.42%，焊接冷裂纹敏感性组成≤0.2%，厚度≤50mm厚板可以不预热或稍加预热。已建造公称容积50~2000m3的氧气、氮气、氢气、液化石油气、乙烯、丙烯等常温及低温球罐40余台。成为我国建造大型球罐的主要钢种。低合金钢强度钢2807MnCrMoVR低合金钢强度钢13407MnCrMoVR

含碳量低（≤0.09%），高强度（σs≥490MPa，σb为610~740MPa）。采用最佳的微合金化处理，添加Ni、Cr、Mo、V、B等；合理的调质热处理工艺，形成高密度位错的强韧化组织结构；先进的脱硫设备和真空处理手段，降低S、P含量、提高洁净度。低合金钢强度钢2907MnCrMoVR低合金钢强度钢135压力容器用钢30压力容器用钢136高温用钢“高温”常指高于450℃的工作温度；“耐热”指材料在高温下有热稳定性和热强性。碳钢使用温度一般在450℃以下，高于450℃推荐使用耐热钢，高于800℃常用其他高温材料。在高温工作条件下用钢的特点：

产生蠕变现象

力学性能随温度及载荷持续时间而变化

组织结构常会发生转变高温及低温构件用钢31高温用钢高温及低温构件用钢137蠕变曲线高温用钢理想的材料，蠕变曲线具有很小的起始蠕变和低的蠕变速率，明显的加速阶段。32蠕变曲线高温用钢理想的材料，蠕变曲线具有很小的起始蠕变138蠕变机制高温用钢温度较高时原子的活动能力提高，使得位错滑移更为容易，低于屈服极限的应力造成材料塑性变形，加工硬化亦随之产生，材料开始强化，变形抗力加大。变形速率随时间而下降；加工硬化和回复、再结晶同时进行，变形速率基本保持恒定。大的塑性变形在晶界形成微孔和裂纹，试件开始产生缩颈，塑性变形速率加快，最后导致试件断裂。33蠕变机制高温用钢温度较高时原子的活动能力提高，使得位错139蠕变导致的失效高温用钢过量变形失效梁的弯曲，杆件、容器壳体的失稳，汽缸蠕胀而泄露等，可用蠕变抗力指标作为判据。蠕变断裂

构件发生断裂或容器发生破裂，用蠕变断裂指标作为判据。应力松弛

总变形不变，应力随时间逐渐降低的现象。紧固件，如压紧螺栓、铆钉等。在金属构件总形变恒定的条件下，由于弹性形变不断转变为塑性形变，从而使应力不断减小。34蠕变导致的失效高温用钢过量变形失效梁的弯曲，杆件、140高温组织结构变化高温用钢石墨化钢材在高温作用下渗碳体自行分解的一种现象，也称析墨现象。石墨使材料脆化、强度与塑性降低，颗粒聚集成链状，会导致材料断裂。球化低合金珠光体耐热钢在高温长期作用下，珠光体组织中片状渗碳体铸件转变为球状渗碳体，并逐渐聚集长大。降低钢材强度尤其是高温强度；中等球化使低碳钢和低碳钼钢常温强度降低10~15%，严重球化降低20~30%，而高温强度会下降到50%。35高温组织结构变化高温用钢石墨化钢材在高温作用下141高温组织结构变化高温用钢合金元素的再分配高温下长时间工作，合金元素在固溶体和碳化物之间重新分配，铬、钼、钒等强化元素的原子由固溶体向碳化物转移。固溶强化作用显著降低，导致耐热钢的高温强度下降。新相的形成碳化物结构类型、数量和分布的变化，趋向形成稳定状态的碳化物。36高温组织结构变化高温用钢合金元素的再分配高温下142高温腐蚀高温用钢高温环境往往是含氧、硫、氢、氮等的高温气体，发生化学反应，损耗金属，大多会在其表面上生成氧化物、硫化物、氮化物等固体表面膜。钢铁表面形成的固态氧化膜结构与性能各不相同，保护性能的好坏取决于氧化物的高温稳定性，氧化膜的完整性、致密性、组织结构和厚度、膜与金属材料的相对热膨胀系数以及氧化膜的生长应力等因素；其中氧化膜的完整性和致密性是至关重要的。37高温腐蚀高温用钢高温环境往往是含氧、硫、氢、氮等的高温143高温用钢的性能要求高温用钢（1）高温用钢力学性能的考虑

38高温用钢的性能要求高温用钢（1）高温用钢力学性能的考虑144高温用钢的性能要求高温用钢

39高温用钢的性能要求高温用钢

145高温用钢的性能要求高温用钢松弛稳定性

指标有多种，最常用的是以金属在一定温度和一定初应力作用下，经规定时间后剩余应力的大小来表示。40高温用钢的性能要求高温用钢松弛稳定性146高温用钢的性能要求高温用钢（2）抗氧化性

硫化、氮化、碳化、卤化等类型的高温腐蚀也是广义的氧化。

金属材料的抗氧化性的评价与其他腐蚀一样，采用失重法、增重法测定，采用腐蚀速度或腐蚀速率表示。钢铁材料的抗氧化性可分为五级。

41高温用钢的性能要求高温用钢（2）抗氧化性硫提高高温强度的途径:①固溶强化；②析出强化；③晶界强化(加入B、Zr等降低晶界能量)高温合金中的‘析出相高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物高温用钢提高高温强度的途径:高温合金中的‘析出相高温合金中的弯曲148高温用钢高温用钢珠光体耐热钢涡轮机机壳钢制法兰常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高热强性(T再);V弥散强化。43高温用钢高温用钢珠光体耐热钢涡轮机机壳钢制法兰常用钢号热处理：正火处理组织:F+P用途：600℃以下的锅炉及管道,压力容器，热交换器，汽轮机转子等。烟管式锅炉锅炉管珠光体耐热钢热处理：用途：600℃以下的锅炉及管道,压力容器，热交换器，马氏体耐热钢常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV、1Cr12WMoV；4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性;Mo提高热强性(T再);V弥散强化。热处理：调质。组织：S回。汽轮机叶片高温用钢马氏体耐热钢汽轮机叶片高温用钢用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机叶片，又称叶片钢；4Cr9Si2主要用于制造使用温度低于750℃的发动机排气阀，又称气阀钢。汽车阀门锅炉安全泄压阀(2Cr13)马氏体耐热钢用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机叶片过热器铁素体耐热钢含13%或17%铬的简单铁素体钢及在其基础上加入Si、Al等合金元素以提高抗氧化性的铁素体耐热钢。抗氧化性强，但高温强度低，焊接性能差，脆性大，多用于受力不大的加热锅炉构件。高温用钢常用钢号有1Cr13Si3、1Cr13SiAl、1Cr18Si2等。过热器铁素体耐热钢高温用钢常用钢号有1Cr13Si3、1C过热器管排过热器集箱奥氏体耐热钢铬镍含量18-8及25-20的简单奥氏体钢及在其基础上加入W、Mo、V、Ti、Nb、Al等元素，强化奥氏体。Cr的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是获得单相奥氏体;Ti的作用是弥散强化。热处理采用固溶处理组织为单相A。

高温用钢过热器管排过热器集箱奥氏体耐热钢高温用钢常用钢号有0Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、2Cr25Ni20等。主要用于制造工作温度在600~850℃的高压锅炉过热器、承压反应管、汽轮机叶片、叶轮、发动机气阀等。

奥氏体耐热钢涡轮机机壳钢制法兰常用钢号有0Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti、0Cr17155高温用钢选材高温用钢制氢装置废热锅炉混合预热二段介质和烟气温度高，选用18-8型奥氏体耐热钢；原料预热二段和混合预热一段温度条件不及混合二段苛刻，选用含Cr、Mo、V等合金元素的低合金耐热钢，如Cr5Mo、12Cr1MoV、15CrMo；原料预热一段、省煤段、混合预热一段、水保护段和蒸发段炉管的实际温度不太高，用一般碳钢或低Cr、Mo含量的珠光体低合金耐热钢，如20R，12CrMo、15CrMo等。50高温用钢选材高温用钢制氢装置废热锅炉混合预热二段156低温用钢一般用于0℃以下温度的材料称为低温材料，金属材料使用低合金钢、镍钢和铬镍奥氏体钢，及钛合金、铝合金等有色金属。生产、储存、运输和使用液化天然气、液化石油气、液氧、液氢、液氮、液氦、液体二氧化碳等液化气体的过程装备及构件，寒冷地区的过程装备及构件。低温下使用的压力容器、管道、设备及其构件脆性断裂时有发生。高温及低温构件用钢51低温用钢高温及低温构件用钢157低温用钢的工况和特点低温用钢低温脆断的特点名义应力较低，低于屈服强度或设计应力，也称低应力脆断；构件低温脆断之前没有明显的塑性变形或只有局部的少量塑性变形，有脆性断口特征；裂纹扩展速度快；原有韧性较低，低温缺口敏感性和韧性更差。52低温用钢的工况和特点低温用钢低温脆断的特点158低温用钢的力学性能要求低温用钢屈强比比值愈接近1，变脆的可能性愈大低温冲击韧性及韧脆转变温度影响低温韧性的因素晶体结构化学成分形成铁素体的元素会降低韧性，影响明显的元素有碳、锰、镍、硅、铝和微量有害元素。晶粒尺寸热处理与显微组织缺口效应和应力集中其他影响因素钢板厚度、加工硬化、焊接缺陷及残余应力、加载速度、温度变化、介质化学作用。53低温用钢的力学性能要求低温用钢屈强比比值愈接近1，159低合金低温用钢低温用钢以Mn作为主加元素，改善钢的低温韧性16Mn常用普通低合金钢，-40℃使用的钢板16MnDR硫、磷等杂质含量比16MnR低09Mn2V正火组织是细小的铁素体和少量珠光体，塑性良好，结构工艺性与低碳钢相近。-70℃低温下使用的钢板09Mn2VDR，钢管及锻钢09Mn2VD有良好的低温韧性。54低合金低温用钢低温用钢以Mn作为主加元素，改善钢的低温160镍钢低温用钢低温用镍钢中